从零开始学c++——C++动态内存管理

Posted 2021-08-21 sjp11

C++动态内存管理

• 1.C/C++内存分布
• 2.c++中的动态内存管理
• 3.operator new和operator delete
• 4.什么是内存泄露
• 5.malloc/free和new/delete的区别

1.C/C++内存分布

接下来我们来看一下例子：

int globalVar = 1;
static int staticGlobalVar = 1;
void Test()
{
 static int staticVar = 1;
 int localVar = 1;
 
 int num1[10] = {1, 2, 3, 4};
 char char2[] = "abcd";
 char* pChar3 = "abcd";
 int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof (int)*4);
 int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
 int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int)*4);
 free (ptr1);
 free (ptr3);
}

1. 选择题：
   选项: A.栈 B.堆 C.数据段 D.代码段
   globalVar在哪里？____ staticGlobalVar在哪里？____
   staticVar在哪里？____ localVar在哪里？____
   num1 在哪里？____
   char2在哪里？____ *char2在哪里？___
   pChar3在哪里？____ *pChar3在哪里？____
   ptr1在哪里？____ *ptr1在哪里？____

答案：

解析：因为globalVar是全局变量，staticGlobalVar和staticVar是静态变量，所以它们存储在数据段中，localVar是main函数中的局部变量，num1 是数组名，表示的是数组首元素的地址，为指针变量，也为局部变量，所以它们存储在栈中，
char char2[] = "abcd"表示的意思是将字符串“abcd”拷贝一份存储在char2[]的数组中，所以char2和*char2都表示的是局部变量，都存储在栈中，

char* pChar3 = "abcd"表示的是将“abcd”的地址储存在pChar3中，所以pChar3是局部变量，而*pChar3是常量字符串，储存在代码段，

int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof (int)*4);表示的是动态开辟一块空间，然后将这块空间的地址存储在ptr1，所以ptr1为局部变量，*ptr1指向动态内存。

2.c++中的动态内存管理

与之前学过的c语言知道，要想申请一块动态内存，我们要使用malloc去向系统申请一块空间，系统就会将这块空间的使用权给你当这块空间不用时，我们在把这块间free掉，也就是这块空间的使用权还给系统。

问题：malloc/calloc/realloc的区别？
malloc会在堆上申请一块动态空间，但这块空间没有初始化，而calloc也会去堆上申请一块空间，但会把这块空间初始化为0，realloc则针对已有的空间进行扩容（有原地扩容和异地扩容）

而c++中则一般会用new/delete去申请动态空间。

int main()
{
	//申请10个int类型的空间
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	int* p2 = new int[10];

	free(p1);
	delete[]p2;

	//申请一个int类型的空间
	int* p3 = (int*)malloc(sizeof(int));
	int* p4 = new int;

	free(p3);
	delete p4;

	return 0;
}

注意：new/delete new[]/delete[]一定要匹配，否则可能会出错。

我们可以看到new类型比malloc操作起来更方便一些，看起来清楚明了，但是难道仅仅只有这些吗，答案是否定的。

由上图可以见，用new去申请自定义类型的空间，它会去自动调用构造函数初始化，用delete去释放空间，则会去调用析构函数。

如果申请3个ListNode的空间，则会调用3次的构造函数，delete时也会去调用3次析构函数。

3.operator new和operator delete

首先我们得知道new的执行过程它会去调用operator new去申请空间和调用构造函数初始化，delete的执行过程会去调用operator delete去释放空间和析构函数完成对象的资源清理工作。
而operator new的底层相当于malloc开空间和抛异常，operator delete的底层相当于free释放空间和抛异常。
什么是抛异常？
抛异常的方法来实现当次执行的程序中断，而不是整个程序全部终止，而断言则会使整个程序终止。

4.什么是内存泄露

申请的空间使用完后没有及时释放，而是指向的那块空间的指针给先销毁掉，导致这块空间没有还给系统，这块空间我们却找不到它，系统不能去重新分配这块空间，但是那块依然存在那里，最终造成内存的浪费。

内存泄露的危害：长期运行的程序出现内存泄漏，影响很大，如操作系统、后台服务等等，出现内存泄漏会导致响应越来越慢，最终卡死。所以要特别注意及时释放内存。

5.malloc/free和new/delete的区别

malloc/free，new/delete的共同点都是在堆上申请空间，需要自己释放。
而它们的不同的有：
1.new/delete定义自定义类型会自动调用构造函数和析构函数，而malloc/free不会。
2.new申请空间失败直接抛异常，malloc/f出错返回空指针。
3.new/delete是操作符，malloc/free是函数。
4.malloc申请空间时需要计算空间大小，new只需要在加上空间的类型即可。
5.malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型。